基于OMAP平台的MP3播放机设计

摘要

随着多媒体和通信技术的飞速发展，人们对多媒体应用的需求日异增长。在这种需求的推动下，MP3(MPEG1-LAYER3)音频标准已经得到广泛的应用。通过使用MP3编码技术，可以得到大约以12：1压缩的有损音乐信号。尽管MP3音乐是有损的，它在压缩过程中对功率谱较弱的信号有所丢失，但它同原声区别不大，并不影响一般音乐爱好者对音乐的欣赏。MP3大大缩小了声音文件的长度，使音乐的存储和传输更方便。由于便携式MP3播放器有体积小、重量轻、连续播放时间长等优点，越来越得到音乐爱好者的青睐，它正在逐渐走入每个人的生活。 对于便携式MP3目前的设计基本上分为三种：基于专用解码芯片、基于DSP或基于ARM芯片。本设计基于TI近年来推出的具有独特的双核架构的OMAP(开放式多媒体应用平台)处理器，它的市场定位是下一代移动通信终端和便携的多媒体娱乐设备，应用前景极为广阔。本设计硬件平台使用的核心芯片0MAP5910将一个ARM9精简指令处理器和TI C55x高性能、低功耗DSP相结合，具有强劲的移动多媒体性能及扩展性。软件系统中，处理器MPU端移植了嵌入式LINUX操作系统并使用FLTK工具包开发了基于MicroWindows的图形用户界面，应用程序通过调用DSP驱动程序实现对整个MP3音频解码过程的控制；DSP端采用DSP/BIOS组织程序代码，解码算法可以支持固定比特率和可变比特率的MP3数字音频的高效解码。在整个MP3的播放过程中，ARM端负责图形界而的显示、MP3文件的打开及向DSP映射待解码数据；具有数字信号处理优势的DSP则担负解码及输出的任务。经过对整个平台的优化后，对固定比特率和可变比特率的三个MP3文件的播放进行测试，每个文件解码帧率都在78帧/秒以上，完全满足实时播放的要求。 本文首先描述了MP3文件的结构和解码算法，然后对播放机的软硬件平台设计做以介绍，重点讲解了MP3解码在该平台上的具体实现和优化过程。最后对该设计进行了评测和总结。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.1.1 MP3与MPEG音频标准

1.1.2 MP3播放机设计

1.2开放式多媒体应用平台(OMAP)介绍

1.2.1 OMAP的开放性

1.2.2 OMAP硬件平台

1.2.3 OMAP软件平台

1.3课题的背景及意义

1.4本文的结构和主要内容

第二章MP3解码算法分析

2.1 MP3数据流格式

2.1.1帧头

2.1.2 CRC校验

2.1.3帧边信息

2.2 MP3数据解码算法

2.2.1数据流帧头、边信息的读取

2.2.2主数据的读取

2.2.3霍夫曼解码

2.2.4反量化处理

2.2.5立体声处理

2.2.6反混叠

2.2.7 IMDCT(逆向离散余弦变换)

2.2.8子带合成

第三章系统开发平台的构建

3.1硬件平台的设计

3.1.1硬件平台的设计思想

3.1.2硬件平台的设计过程

3.2基于LINUX的嵌入式软件开发平台的设计

3.2.1嵌入式LINUX开发平台的优势

3.2.2 BOOTLOADER的设计

3.2.3 LINUX嵌入式操作系统的移植

3.2.4设备驱动的编写

3.2.5操作系统的裁剪和烧写

3.2.6操作系统图形用户界面的移植

第四章MP3播放机软件设计与实现

4.1播放机软件设计方案

4.2软件开发环境的介绍

4.2.1 Windows开发环境-CCS for OMAP

4.2.2交叉编译环境

4.2.3交叉编译流程图

4.3 MP3音频解码器设计

4.3.1 MP3音频解码器总体设计思想

4.3.2缩放因子提取

4.3.3霍夫曼解码及反量化

4.3.4逆向离散余弦变换

4.3.5子带合成

4.4媒体播放机软件设计

4.4.1 MPU端软件设计

4.4.2 DSP端软件设计

第五章MP3解码器的优化与测试

5.1算法优化

5.1.1 MP3算法的定点化

5.1.2反量化

5.1.3 IMDCT变换与子带合成

5.1.4算法优化小结

5.2系统与资源优化

5.2.1内存空间的使用

5.2.2 DMA的使用

5.2.3系统与资源优化小结

5.3代码与结构优化

5.3.1减少函数的调用

5.3.2代码结构的优化

5.3.3汇编语言的使用

5.3.4代码与结构优化小结

5.4解码性能测试

第六章结论

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的论著和参加的科研项目

附录